1) Образование системы щита с гидропригрузом

Щит с гидропригрузом состоит из следующих пяти систем: система проходки щита, которая использует резцовую головку для выемки на всей поверхности забоя во время продвижения; система циркуляции глинистой воды, которая может регулировать физические свойства глинистого раствора, направлять ее к забою для поддержания его стабильности; интегрированная система управления, которая комплексно управляет состоянием подачи и вывода глинистой воды, давлением глинистой воды и состоянием работы оборудования по очистке глинистой воды; система разделения и очистки глинистой воды; синхронная система цементной затирки швов на стенах.

Взяв в качестве примера щит с гидропригрузом прямого контроля, кратко представим типичный системный состав щита с гидропригрузом.

(1) Система циркуляции глинистой воды используется для регулировки физических свойств глинистого раствора, поддержания стабильности забоя и транспортировки глинистой воды из резервуара на станцию разделения с помощью бурового насоса. Система состоит из отправляющего (выгружающего) бурового насоса, отправляющей (выгружающей) буровой трубы, удлинительного трубопровода, вспомогательного оборудования и т. д. Среди них трубопровод подачи глинистой воды, ведущий в переднюю кабину в щите, разделен на пять секций (две, ведущие к резервуару для глинистой воды в верхней части; две, ведущие к резервуару на воздушной подушке в нижней части; и одна, ведущая к резервуару для глинистой воды в середину через центральное поворотное соединение); трубопровод для сброса грязи (трубопровод в нижней части щита) оснащен P2.1 насосом, промежуточным бустерным насосом P2.i и промежуточным бустерным насосом P3, а также другими насосами для выброса глинистой воды; плотность и расход глинистой воды измеряются гамма-плотномером и электромагнитным расходомером, установленными на каждом трубопроводе, соответственно, положительное количество глинистой воды контролируется шламовым насосом.

Основным рабочим механизмом системы циркуляции глинистой воды является: буровой насос P1.1 и промежуточный насос Р1.i, транспортирующие новый глинистый раствор, приготовленный в шламовом резервуаре, в шламовый отсек по трубе; шламовый насос P2.1, который выносит шлак из глинистой воды и оборудования для очистки глинистой воды, транспортируемого на землю по трубе, отделены.

Методы управления системой циркуляции глинистой воды подразделяются на ручное управление, полуавтоматическое и автоматическое. Режим автоматического управления включает в себя пять видов режима: раскопка, байпасирование, изоляция (при захвате), обратный цикл (также известный как регрессивный режим) и выключение (рис. 1-21).

Рис. 1-21. Режимы автоматического управления

(2) Система комплексного управления

Данная система используется для комплексного управления состоянием подачи и выброса глинистой воды, давлением глинистой воды, а также состоянием работы оборудования для его очистки.

(3) Система разделения и очистки глинистой воды

Система очистки глинистой воды используется для отделения воды и почвы от глинистой воды, сбрасываемой со щита. Система расположена на земле и состоит из двух частей: станции разделения глинистой воды и оборудования для подготовки глинистого раствора. Среди них станция разделения в основном состоит из вибрационного грохота, циклона, фильтра-пресса (или центрифуги), резервуара для хранения глинистой воды, регулировочного бака, шламового насоса и т. д.; оборудование для подготовки глинистой воды состоит из отстойника, резервуара для смешивания глинистой воды, системы пульпирования и т. д. Ниже представлено краткое введение в основные компоненты системы разделения и очистки глинистой воды.

1) Станция разделения глинистой воды

Мощность станции разделения глинистой воды обычно делится на три уровня, среди которых: объектом обработки глинистой воды первого уровня являются песок и гравий с размером частиц более 74 мк. Процесс относительно прост. Отделенные частицы почвы просеиваются с помощью оборудования, такого как вибрационный грохот или циклон, и транспортируются на автомобиле; объектом обработки глинистой воды второго уровня являются в основном мелкие частицы ила и глина размером менее 74 мк, которые не могут быть отделены на первом этапе обработки; обработка третьего уровня должна отрегулировать значение рН оставшейся глинистой воды, подлежащей выгрузке. При необходимости следует использовать фильтр-пресс (или центрифугу) для дальнейшего разделения глинистой воды и воды, чтобы можно было выгрузить оставшуюся глинистую воду и воду. Выбросы соответствуют национальным требованиям по охране окружающей среды и используемые материалы в основном представляют собой разбавленную серную кислоту или соответствующее количество углекислого газа.

Рис. 1-22. Технологический процесс производства раствора: FV – изменение вязкости воронки; YV – контроль значения вязкости

2) Оборудование для подготовки глинистого раствора

Оборудование используется для развертывания глинистого раствора, отвечающего требованиям использования щита. Оно в основном включает резервуар для остаточного раствора, резервуар для растворения глины, резервуар для чистой воды, регулировочный резервуар, резервный резервуар CMC (очиститель), перемешивающее устройство и т. д. Процесс производства глинистой воды показан на рис. 1-22. На рисунке глина и бентонит (порошковая глина) могут быть использованы для увеличения плотности, а CMC может быть добавлен для увеличения вязкости.

1.2.5. Двухрежимный и гибридный проходческий щиты

Когда туннель проходит через композитный пласт, любая из вышеперечисленных форм не может полностью соответствовать требованиям строительства туннелей. Одним из решений является выбор двух или более щитов в соответствии с определенными условиями формирования слоя, но это решение не только дорогостоящее, но и сложное для размещения нескольких щитов из-за ограничений площадки. Поэтому если позволяет пространство, необходимо расположить функциональные компоненты проходческого щита с грунтопригрузом, гидропригрузом на щите одновременно, чтобы сформировать двухрежимный или гибридный щит. Во время проходки туннелей такой щит может переключаться и корректировать свою функцию или режим работы в соответствии с геологическими и гидрологическими условиями; или выполнять аналогичное преобразование модульной конструкции различных форм функциональных компонентов щита.

Двухрежимный щит или гибридный щит, по сути, представляет собой регулировку режима поддержки забоя, а также инструмента, системы транспортировки шлака и другого оборудования.

В этом разделе в основном представлены двухрежимный щит с грунтопригрузом и гидропригрузом, а также гибридный щит.

1) Двухрежимный щит с грунтопригрузом и гидропригрузом

Двухрежимный щит с грунтопригрузом и гидропригрузом объединяет концепцию дизайна и функции щитов с грунтопригрузом и гидропригрузом. Он сочетает в себе два режима давления глинистой воды и грунта, наиболее широко адаптируется к сложным и изменчивым композитным формациям и средам. Кроме того, двухрежимный щит может переключаться между двумя различными режимами туннелирования – с грунтопригруза на гидропригруз в зависимости от условий пластов. Использование режима давления грунта может снизить затраты на строительство; режим грунтопригруза может лучше справляться со строительством туннелей в прочных проницаемых пластах при высоком давлении воды.